EP1737594B1

EP1737594B1 - Hydraulic expanding chuck

Info

Publication number: EP1737594B1
Application number: EP05716297A
Authority: EP
Inventors: Josef Konrad Herud
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2004-04-03
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: EP1737594A1; CA2561922A1; DE502005009133D1; BRPI0509498A; CN1929942A; PL1737594T3; WO2005097383A1; CA2561922C; CN100417478C; KR20070004083A; KR101196661B1; US20070145692A1; ES2339950T3; DE202004005321U1; US7914010B2; JP2007531634A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydraulik-Dehnspannfutter zum Einspannen eines Werkzeugs, insbesondere eines Bohrers oder Fräsers, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a hydraulic expansion chuck for clamping a tool, in particular a drill or milling cutter, according to the preamble of claim 1.

Ein solches Hydraulik-Dehnspannfutter ist beispielweise aus WO 95/29 029 A bekannt.Such a hydraulic expansion chuck is out, for example WO 95/29 029 A known.

Ein Spannfutter dient zur Verbindung eines drehangetriebenen Werkzeugs mit der Antriebsspindel einer Werkzeugmaschine. Ein Spannfutter weist deshalb eine ausgeprägte Spannfutterachse auf, um welche das Spannfutter und das darin eingespannte Werkzeug im Betrieb gedreht wird. In Richtung dieser Spannfutterachse hat ein Spannfutter stets ein werkzeugseitiges Ende, das zur Aufnahme des Werkzeugs vorgesehen ist, sowie ein maschinenseitiges Ende, welches zur Verbindung des Spannfutters mit der Antriebsspindel der Werkzeugmaschine ausgebildet ist. Eine an sich bekannte Gattung von Spannfuttern bilden die so genannten Hydraulik-Dehnspannfutter. Bei einem solchen Dehnspannfutter ist die Aufnahme für das Werkzeug durch eine dünnwandige Dehnbuchse gebildet. Die Dehnbuchse ist von einer Druckkammer umgeben, die mit einem Druckmedium, z.B. einem Öl, angefüllt ist. Die Dehnbuchse ist nun derart ausgebildet, dass sie bei Druckapplikation auf das Druckmedium elastisch radial verformt wird und dabei das eingesetzte Werkzeug einspannt. Ein Hydraulik-Dehnspannfutter hat insbesondere den Vorteil, dass es im Betrieb auftretende Schwingungen und Stöße dämpft. Hierdurch wird bei der Bearbeitung eine besonders hohe Oberflächengüte und eine lange Standzeit des Werkzeugs erreicht.A chuck is used to connect a rotary-driven tool with the drive spindle of a machine tool. A chuck therefore has a distinct chuck axis about which the chuck and the tool clamped therein are rotated during operation. In the direction of this chuck axis, a chuck always has a tool-side end, which is provided for receiving the tool, and a machine-side end, which is designed for connecting the chuck to the drive spindle of the machine tool. A known type of chuck form the so-called hydraulic expansion chuck. In such a stretch chuck, the receptacle for the tool is formed by a thin-walled expansion sleeve. The expansion sleeve is surrounded by a pressure chamber connected to a pressure medium, e.g. an oil, is filled. The expansion sleeve is now designed such that it is elastically deformed radially during pressure application to the printing medium and thereby clamps the tool used. A hydraulic expansion chuck has the particular advantage that it absorbs vibrations and shocks occurring during operation. As a result, a particularly high surface quality and a long tool life is achieved during machining.

Aus der WO 03/095132 A1 ist ebenso ein solches Hydraulik-Dehnspannfutter bekannt. Bei dem bekannten Dehnspannfutter ist die Druckkammer zwischen einer einstückig mit einem Grundkörper ausgebildeten Dehnbuchse und einem auf den Grundkörper aufgeschraubten Spannring ausgebildet. Dabei kann durch Verschraubung des Spannringes gegenüber dem Grundkörper das Volumen der Druckkammer verkleinert oder vergrößert und somit das Druckmedium unter Drucks gesetzt bzw. entlastet werden.From the WO 03/095132 A1 is also known such a hydraulic expansion chuck. In the known expansion chuck, the pressure chamber is formed between an expansion bush formed integrally with a base body and a clamping ring screwed onto the base body. It can be reduced or increased by screwing the clamping ring relative to the base body, the volume of the pressure chamber and thus set the pressure medium under pressure or relieved.

Anders als bei dem vorstehend beschriebenen Spannfutter ist bei einem Dehnspannfutter häufig eine z.B. als Kolben/Zylinder-Einheit ausgebildete Druckerzeugungseinheit vorgesehen, die bezüglich der Druckkammer und d er Dehnbuchse in Richtung des werkzeugseitigen Endes axial versetzt angeordnet ist. Ein derartiges Dehnspannfutter ist beispielsweise aus der WO 98/39123 A1 bekannt. Zur Übertragung des Drucks von der Druckerzeugungseinrichtung in die Druckkammer ist bei diesem Spannfutter ein Ölleitsystem vorgesehen, das aus feinen, in das Spannfuttermaterial eingebrachten Verbindungsbohrungen besteht.Unlike the chuck described above, in a stretch chuck is often formed for example as a piston / cylinder unit pressure generating unit provided, which is arranged offset axially with respect to the pressure chamber and the expansion sleeve in the direction of the tool-side end. Such a stretch chuck is for example from the WO 98/39123 A1 known. To transfer the pressure from the pressure generating device into the pressure chamber, an oil guide system is provided with this chuck, which consists of fine, introduced into the chuck material connection holes.

Ein auf eine Arbeitswelle aufgeschobenes Spannfutter mit einer sowohl radial nach außen als auch radial nach innen spannenden Dehnbuchse ist ferner aus der DE 743 530 C bekannt.A pushed onto a working shaft chuck with a both radially outwardly and radially inwardly exciting expansion sleeve is further from the DE 743 530 C known.

Besonders im Formen- und Gesenkbau werden sehr lange und schmale Spannfutter benötigt. Gängige Dehnspannfutter lassen sich in derart langen und schmalen Bauformen jedoch nicht mehr oder nur mit erheblichem Aufwand konstruieren. So ist bei einem besonders schmalen Dehnspannfutter ein beweglicher Spannring, wie er aus der WO 03/095132 A1 bekannt ist, aus Platzgründen nicht mehr anzubringen. Ebenso lässt sich eine Verbindungsbohrung, wie sie aus der WO 98/39123A1 zur Druckübermittlung bekannt sind, aufgrund der dünnen Wandstärke eines schmalen Spannfutters nicht mehr oder nur noch sehr aufwändig realisieren. Zudem steigt auch mit zunehmender Länge des Spannfutters der technische Aufwand zur Einbringung einer entsprechend längeren Verbindungsbohrung drastisch. Ein weiteres Problem ergibt sich dadurch, dass bei Druckapplikation auch im Bereich einer jeden Verbindungsbohrung Spannungen in das Material des Dehnspannfutters eingeleitet werden, die zu einer merklichen Verbiegung des Spannfutters und damit zu einer Beeinträchtigung des Rundlaufs des Werkzeugs führen können.Especially in mold and die construction very long and narrow chucks are needed. However, conventional expansion chucks can not be constructed in such long and narrow designs or only with considerable effort. Thus, in a particularly narrow expansion chuck is a movable clamping ring, as he from the WO 03/095132 A1 is known, no longer to install for reasons of space. Similarly, can be a connection hole, as shown in the WO 98 / 39123A1 are known for pressure transmission, realize no more or only very complex due to the thin wall thickness of a narrow chuck. In addition, with increasing length of the chuck, the technical complexity for introducing a correspondingly longer connection bore drastically increases. Another problem arises from the fact that in pressure application in the region of each connection bore stresses in the material of the expansion chuck are introduced, which can lead to a significant bending of the chuck and thus to a deterioration of the concentricity of the tool.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulik-Dehnspannfutter anzugeben, das sich mit vergleichsweise geringem Aufwand in einer langen und schmalen Bauform realisieren lässt und sich durch vorteilhafte Anwendungseigenschaften auszeichnet.The invention has for its object to provide a hydraulic expansion chuck, which can be implemented with relatively little effort in a long and narrow design and is characterized by advantageous application properties.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist an dem werkzeugseitigen Ende des Dehnspannfutters eine Dehnbuchse zur Aufnahme und Einspannung eines Werkzeugs vorgesehen. Zur Erzeugung eines diese Dehnbuchse hydraulisch verformenden Drucks weist das Spannfutter eine Druckerzeugungseinheit auf, die axial zu der Dehnbuchse und der diese umgebenden Druckkammer versetzt angeordnet ist. Um den applizierten Druck über die axiale Distanz zwischen der Druckkammer und der Druckerzeugungseinheit zu übertragen, enthält das Dehnspannfutter ein Druckleitsystem, das erfindungsgemäß durch einen ringförmig geschlossenen und konzentrisch bezüglich der Spannfutterachse angeordneten Spalt oder Kanal ausgebildet ist. Die Druckkammer wird hierdurch durch das Druckleitsystem insbesondere übergangslos axial bis zu der Druckerzeugungseinheit hin verlängert.This object is achieved by the features of claim 1. Thereafter, a Dehnbuchse for receiving and clamping a tool is provided on the tool-side end of the Dehnspannfutters. To produce a this Dehnbuchse hydraulically deforming pressure, the chuck on a pressure generating unit, which is arranged axially offset from the expansion sleeve and the surrounding pressure chamber. In order to transmit the applied pressure over the axial distance between the pressure chamber and the pressure generating unit, the expansion chuck contains a pressure control system, which according to the invention is formed by a gap or channel which is closed in an annular manner and concentric with respect to the chuck axis. The pressure chamber is thereby extended by the pressure control system in particular seamlessly axially up to the pressure generating unit out.

Gegenüber einer gewöhnlichen Bohrung als Druckleitsystem weist ein Ringspalt bei vergleichbarer Querschnittsfläche eine im Allgemeinen wesentlich geringere radiale Ausdehnung auf. Ein Ringspalt mit zur Druckübertragung genügender Querschnittsfläche lässt sich daher platzsparend auch noch bei einem äußerst schmalen Dehnspannfutter anbringen. Darüber hinaus sind die im Bereich des ringförmigen Druckleitungssystems unter Druckapplikation in das Material des Spannfutters eingeleiteten Spannungen stets rotationssymmetrisch bezüglich der Spannfutterachse, so dass keine asymmetrische Verformung des Dehnspannfutters eintreten kann und somit der Rundlauf des Dehnspannfutters im Betrieb nicht beeinträchtigt wird.Compared with an ordinary bore as a pressure control system, an annular gap with a comparable cross-sectional area generally has a substantially smaller radial extent. An annular gap with enough pressure to transfer cross-sectional area can therefore save space even attach to an extremely narrow expansion chuck. In addition, the stresses introduced in the material of the chuck in the region of the annular pressure line system under pressure application are always rotationally symmetrical with respect to the chuck axis, so that no asymmetrical deformation of the expansion chuck can occur and thus the concentricity of the expansion chuck is not impaired during operation.

Ein ringförmiges und konzentrisches Druckleitsystem ist besonders einfach realisierbar durch einen zweiteiligen Aufbau des Dehnspannfutters. Dieses umfasst in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung einen zentralen Grundkörper, der an seinem werkzeugseitigen Ende die Dehnbuchse trägt, und eine werkzeugseitig auf diesen Grundkörper aufgestülpte Spannhülse. Durch geeignete Dimensionierung des Innendurchmessers der Spannhülse und des Außendurchmessers des Grundkörpers wird dabei erreicht, dass zwischen dem Grundkörper und der Spannhülse ein Ringspalt gebildet wird, der die Druckkammer und das axial anschließende Druckleitsystem bildet. Im Sinne einer einfachen und stabilen Konstruktion ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass der Grundköper und die Spannhülse starr und druckdicht, insbesondere durch Hartlötung, miteinander verbunden sind.An annular and concentric pressure control system is particularly easy to implement by a two-part construction of the expansion chuck. In a preferred embodiment of the invention, this comprises a central base body, which carries the expansion bushing at its tool-side end, and a clamping sleeve, which is pushed onto this base body by the tool. By suitable dimensioning of the inner diameter of the clamping sleeve and the outer diameter of the base body is achieved that between the main body and the clamping sleeve, an annular gap is formed, which forms the pressure chamber and the axially adjacent pressure control system. In terms of a simple and stable construction is preferably provided that the basic body and the clamping sleeve are rigid and pressure-tight, in particular by brazing, connected to each other.

Eine im Hinblick auf die Platzersparnis vorteilhafte Geometrie des Dehnspannfutters wird dadurch erreicht, dass die Druckerzeugungseinheit in der Spannhülse angeordnet ist. Vorteilhaft sowohl im Hinblick auf eine einfache Herstellung als auch im Hinblick auf eine einfache Handhabbarkeit des Dehnspannfutters ist eine Druckerzeugungseinheit mit einem Kolben/Zylinder-System. Dieses umfasst einen Druck kolben, der in einer Zylinderbohrung oder einer optional in eine solche Bohrung eingesetzten Hülse geführt ist. Eine einfache Befüllung der Druckkammer, des Druckleitsystems und der Druckerzeugungseinheit mit dem Druckmedium wird durch eine von der Zylinderbohrung abgewinkelte Befüllungsbohrung erreicht, welche die Zylinderbohrung mit dem Druckleitsystem verbindet. In einer besonders einfachen und effektiven Realisierung ist der Druckkolben mittels einer Spannschraube betätigbar.A geometry of the expansion chuck that is advantageous in terms of space savings is achieved by arranging the pressure-generating unit in the clamping sleeve is. Both in terms of ease of manufacture and in terms of ease of handling of the expansion chuck is a pressure generating unit with a piston / cylinder system advantageous. This includes a pressure piston, which is guided in a cylinder bore or an optional inserted in such a bore sleeve. A simple filling of the pressure chamber, the pressure control system and the pressure generating unit with the pressure medium is achieved by an angled from the cylinder bore filling bore, which connects the cylinder bore with the pressure control system. In a particularly simple and effective implementation of the pressure piston is actuated by means of a clamping screw.

In einer insbesondere für den Formen- und Gesenkbau vorteilhaften Bauform des erfindungsgemäßen Dehnspannfutters läuft die Spannhülse werkzeugseitig in einem langgestreckten, dünnen Halsbereich aus, dessen axiale Länge mindestens das Vierfache seines Außendurchmessers beträgt. Insbesondere beträgt die Länge dieses Halsbereichs mindestens 100 mm.In an embodiment of the expansion chuck according to the invention, which is particularly advantageous for mold and die construction, the clamping sleeve extends on the tool side into an elongate, thin neck region whose axial length is at least four times its outer diameter. In particular, the length of this neck region is at least 100 mm.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Dehnspannfutte rs liegt darin, dass mit vergleichsweise geringem Aufwand eine sehr schmale Werkzeugaufnahme, gegebenen durch den Innendurchmesser der Dehnbuchse, erzielt werden kann. So beträgt der Innendurchmesser der Dehnbuchse bevorzugt 12 mm, kann jedoch auch wesentlich kleiner oder größer gewählt sein. Bei herkömmlichen Dehnspannfuttern ist zum Einspannen derart dünner Werkzeuge häufig ein in die Aufnahme des Spannfutters einsetzbares Reduzierstück für das Werkzeug erforderlich. Dieses kann sich nachteilig auf den Rundlauf des Werkzeugs auswirken.A particular advantage of the invention Dehnspannfutte rs is that with relatively little effort a very narrow tool holder, given by the inner diameter of the expansion sleeve, can be achieved. Thus, the inner diameter of the expansion sleeve is preferably 12 mm, but may also be chosen substantially smaller or larger. In conventional expansion chucks for inserting such a thin tools often used in the recording of the chuck reducer for the tool is required. This can adversely affect the concentricity of the tool.

Um eine effiziente Spannwirkung des Dehnspannfutters zu erreichen, wird als vorteilhaft erkannt, das Gesamtvolumen des ganzen Drucksystems, d. h. der Druckkammer, des Druckleitsystems und der Druckerzeugungseinrichtung, möglichst klein zu halten. Dies wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, dass die radiale Ausdehnung des das Druckleitsystem und die Druckkammer bildenden Ringspalts sehr klein gewählt ist. Zweckmäßigerweise beträgt die Radialausdehnung des Ringspalts höchstens 0,2 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm. Diese äußerst dünne Ausbildung des Ringspalts ist außerdem platzsparend und somit vorteilhaft im Hinblick auf besonders schlanke Bauformen des Dehnspannfutters.In order to achieve an efficient clamping effect of the expansion chuck, it is recognized as advantageous to keep the total volume of the entire printing system, ie the pressure chamber, the pressure control system and the pressure generating device, as small as possible. This is achieved in an advantageous development of the invention in that the radial extent of the pressure loop forming the pressure control system and the pressure chamber annular gap is very small. Conveniently, the radial extent of the annular gap is at most 0.2 mm, preferably about 0.1 mm. This extremely thin training The annular gap is also space-saving and thus advantageous in terms of particularly slim designs of Dehnspannfutters.

Die ringförmige Ausprägung des Druckleitsystems schafft Platz im zentralen Bereich des Dehnspannfutters, der folglich vorteilhaft für andere Zwecke genutzt werden kann. So ist in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung vorgesehen, den Grundkörper mit einer zentralen Durchführung zu versehen, die beispielsweise als Kühlmittelkanal genutzt werden kann.The annular shape of the pressure control system creates space in the central region of the expansion chuck, which can therefore be used advantageously for other purposes. Thus, it is provided in an advantageous embodiment of the invention to provide the body with a central passage, which can be used for example as a coolant channel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist eine Axialjustierungseinheit für das Werkzeug vorgesehen, die ebenfalls vorzugsweise im zentralen Bereich des Dehnspannfutters angeordnet ist. In zweckmäßiger Ausgestaltung umfasst diese Axialjustierungseinrichtung einen bezüglich dem Grundkörper axial verstellbaren Steilzapfen, der als axialer Anschlag für das einzuspannende Werkzeug dient und vorzugsweise in einer zentralen Bohrung des Grundkörpers geführt ist.In a further advantageous embodiment of the invention, an axial adjustment unit for the tool is provided, which is likewise preferably arranged in the central region of the expansion chuck. In an advantageous embodiment, this Axialjustierungseinrichtung comprises a relative to the main body axially adjustable spigot, which serves as an axial stop for the tool to be clamped and is preferably guided in a central bore of the body.

In einer konstruktiv besonders einfachen Ausführung ist der Stellzapfen im Grundkörper nach Art einer Schraube axial verstellbar. Dazu ist der Stellzapfen mit einem Außengewinde versehen, das mit einem Innengewinde der zentralen Bohrung des Grundkörpers zusammenwirkt.In a structurally particularly simple embodiment of the adjusting pin in the base body in the manner of a screw is axially adjustable. For this purpose, the adjusting pin is provided with an external thread which cooperates with an internal thread of the central bore of the base body.

In einer handhabungstechnisch besonders vorteilhaften Variante ist der Stellzapfen mittels einer radial zugänglichen Stellschraube verstellbar, so dass die Axialjustierung auch bei bereits eingelegtem Werkzeug bedient werden kann. Die bevorzugt in dem Grundkörper geführte Stellschraube ist dabei an ihrem inneren Ende mit einem Spiralgewinde versehen, das mit einer axial-linearen Zahnung des Stellzapfens kämmt.In a handling technology particularly advantageous variant of the adjusting pin is adjustable by means of a radially accessible screw, so that the axial adjustment can be operated even when already inserted tool. The preferably guided in the body adjusting screw is provided at its inner end with a spiral thread which meshes with an axially-linear toothing of the adjusting pin.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1: in perspektivischer Darstellung ein Hydraulik-Dehnspannfutter zum Einspannen eines Werkzeugs,
Fig. 2: in Seitenansicht das Dehnspannfutter gemäß Fig. 1,
Fig. 3: in einem Längsschnitt III-III das Dehnspannfutter gemäß Fig. 2,
Fig. 4: in einem Querschnitt IV-IV das Dehnspannfutter gemäß Fig. 2,
Fig. 5: in einer gegenüber Fig. 3 um die Spannfutterachse gedrehten Längs- schnittdarstellung das Dehnspannfutter gemäß Fig. 2 und
Fig. 6: in einer Darstellung gemäß Fig. 5 das Dehnspannfutter mit einer alternativ ausgeführten Axialjustierungseinheit für das einzuspannende Werkzeug.

Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

Fig. 1: in perspective view a hydraulic expansion chuck for clamping a tool,
Fig. 2: in side view, the expansion chuck according Fig. 1 .
Fig. 3: in a longitudinal section III-III, the expansion chuck according to Fig. 2 .
Fig. 4: in a cross section IV-IV, the expansion chuck according to Fig. 2 .
Fig. 5: in one opposite Fig. 3 The elongated chuck rotated around the chuck axis in accordance with the chuck Fig. 2 and
Fig. 6: in a representation according to Fig. 5 the expansion chuck with an alternatively executed Axialjustierungseinheit for the tool to be clamped.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

Das in den Fig. 1 bis 4 in unterschiedlichen Darstellungen gezeigte Hydraulik-Dehnspannfutter (nachfolgend kurz Dehnspannfutter 1) dient zum Einspannen eines (nicht dargestellten) drehangetriebenen Werkzeugs, insbesondere eines Bohrers oder Fräsers an der Antriebsspindel einer (ebenfalls nicht dargestellten) Werkzeugmaschine. Das Dehnspannfutter 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer die Drehachse bildenden Spannfutterachse 2 ausgebildet und weist, in Richtung dieser Spannfutterachse 2 gesehen, ein werkzeugseitiges Ende 3 und eine maschinenseitiges Ende 4 auf. In der Umgebung des werkzeugseitigen Endes 3 ist das Dehnspannfutter 1 zu einem langgestreckten und schmalen Halsbereich 5 ausgezogen, der freiendseitig eine Aufnahme 6 für das Werkzeug aufweist. Die axiale Länge L des Halsbereichs 5 beträgt dabei das Vier- bis Fünffache des Außendurchmessers D. In bevorzugter Dimensionierung beträgt die Länge L 100 mm bei einem Außendurchmesser von 20 mm und einem Innendurchmesser d der Aufnahme 6 von 12 mm. Eine noch längere und/oder schmälere Bauform des Dehnspannfutters 1 oder ein noch geringer Innendurchmesser d ist jedoch auch realisierbar. Das maschinenseitige Ende 4 ist mit einem z.B. als HSK-Schaft ausgeführten Befestigungskonus 7 zum Anschluss des Dehnspannfutters 1 an der Antriebsspindel versehen.That in the Fig. 1 to 4 shown in different representations hydraulic expansion chuck (hereinafter short expansion chuck 1) is used for clamping a (not shown) rotationally driven tool, in particular a drill or milling cutter on the drive spindle of a (also not shown) machine tool. The expansion chuck 1 is substantially rotationally symmetrical with respect to a chuck axis 2 forming the axis of rotation and has, viewed in the direction of this chuck axis 2, a tool-side end 3 and a machine-side end 4. In the vicinity of the tool-side end 3, the expansion chuck 1 is pulled out to an elongated and narrow neck region 5, the freiendseitig has a receptacle 6 for the tool. The axial length L of the neck portion 5 is four to five times the outer diameter D. In a preferred dimensioning the length L is 100 mm with an outer diameter of 20 mm and an inner diameter d of the receptacle 6 of 12 mm. However, an even longer and / or narrower design of the expansion chuck 1 or a still smaller inner diameter d is also feasible. The machine-side end 4 is provided with a fastening cone 7 designed, for example, as an HSK shaft for connecting the expansion chuck 1 to the drive spindle.

Das Dehnspannfutter 1 ist im Wesentlichen zweiteilig aufgebaut und umfasst einen zentralen Grundkörper 8, auf dessen werkzeugseitigen Bereich eine etwa glockenförmige Spannhülse 9 aufgesetzt ist. Der Grundkörper 8 und die Spannhülse 9 sind sowohl werkzeugseitig als auch maschinenseitig miteinander hartverlötet und somit starr und druckdicht verbunden.The expansion chuck 1 has a substantially two-part construction and comprises a central main body 8, on the tool-side region of which an approximately bell-shaped clamping sleeve 9 is placed. The main body 8 and the clamping sleeve 9 are brazed both tool side and machine side together and thus rigid and pressure-tight connected.

Im Bereich der Aufnahme 6 ist der Grundkörper 8 hohlzylindrisch und dünnwandig ausgebildet. Dieser dünnwandige Bereich des Grundkörpers 8 ist als Dehnbuchse 10 bezeichnet. Die Dehnbuchse 10 ist bevorzugt einstückig mit dem Grundkörper 8 ausgebildet, kann jedoch auch aus einem separaten Teil gebildet sein. Zwischen der Innenwand der Spannhülse 9 und der gegenüberliegenden Außenwand des Grundkörpers 8 im Halsbereich 5 ist ein Ringspalt 11 ausgebildet. Dieser Ringspalt 11 weist nur eine äußerst geringe Radialausdehnung R von vorzugsweise 0,1 mm (entsprechend etwa einem Zehntel der Wandstärke der Dehnbuchse 10) auf und ist deshalb aus Gründen der Auflösung nur in der vergrößerten Fig. 4, und hier vor allem in der nochmals vergrößerten Detaildarstellung A, als solcher zu erkennen. In Fig. 3 ist der Ringspalt 11 nur als verbreiterte schwarze Linie andeutungsweise sichtbar.In the area of the receptacle 6, the base body 8 is formed as a hollow cylinder and thin-walled. This thin-walled region of the main body 8 is referred to as expansion sleeve 10. The expansion sleeve 10 is preferably formed integrally with the base body 8, but may also be formed from a separate part. Between the inner wall of the clamping sleeve 9 and the opposite outer wall of the base body 8 in the neck region 5, an annular gap 11 is formed. This annular gap 11 has only an extremely small radial extent R of preferably 0.1 mm (corresponding to about one-tenth of the wall thickness of the expansion sleeve 10) and is therefore for reasons of resolution only in the enlarged Fig. 4 , and here especially in the further enlarged detail representation A, to be recognized as such. In Fig. 3 the annular gap 11 is only hinted at as a widened black line.

Der Ringspalt 11 erstreckt sich in axialer Richtung über einen Großteil der Länge der Spannhülse 9 und bildet im Bereich der Aufnahme 6 eine Druckkammer 12, in der ein flüssiges Druckmedium F, insbesondere ein Öl, aufgenommen ist. Der in Richtung des maschinenseitigen Endes 4 über die Druckkammer 12 hinaus verlängerte Bereich des Ringspalts 11 bildet ein Druckleitsystem 13, das die Druckkammer 12 fluidisch mit einer bezüglich der Druckkammer 12 axial versetzten Druckerzeugungseinheit 14 verbindet und damit eine Druckübertragung von der Druckerzeugungseinrichtung 14 in die Druckkammer 12 ermöglicht. Die Radialausdehnung R ist in unbelastetem Zustand über die gesamte Länge des Ringspalts 11 im Wesentlichen gleich, so dass die Druckkammer 12 übergangslos in das Druckleitsystem 13 übergeht.The annular gap 11 extends in the axial direction over a large part of the length of the clamping sleeve 9 and forms in the region of the receptacle 6 a pressure chamber 12, in which a liquid pressure medium F, in particular an oil, is added. The area of the annular gap 11 which extends in the direction of the machine-side end 4 beyond the pressure chamber 12 forms a pressure-control system 13 which fluidly connects the pressure chamber 12 to a pressure-generating unit 14 axially displaced with respect to the pressure chamber 12 and thus a pressure transmission from the pressure-generating device 14 into the pressure chamber 12 allows. The radial extent R is in the unloaded state over the entire length of the annular gap 11 is substantially equal, so that the pressure chamber 12 passes seamlessly into the pressure control system 13.

Wie insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, umfasst die Druckerzeugungseinheit 14 eine Zylinderbohrung 15, in welcher ein Druckkolben 16 angeordnet ist. Der Druckkolben 16 ist entweder direkt in der Zylinderbohrung 16 oder - wie in Fig. 4 dargestellt - in einer in die Zylinderbohrung 15 eingesetzten Hülse 17 verstellbar geführt. Der Druckkolben 16 ist mittels einer Spannschraube 18 zu betätigen. Das innere Ende des Druckkolbens 16 trägt eine Dichtung 19 aus einem elastischen Material, insbesondere einem Gummielastomer. Die Druckerzeugungseinrichtung 14 umfasst weiterhin eine Befüllungsbohrung 20, die von dem inneren Ende der Zylinderbohrung 15 derart abgewinkelt verläuft, dass sie den Ringspalt 11 etwa tangiert. Die Befüllungsbohrung 20 ist somit sowohl mit der Zylinderbohrung 15 als auch über eine Verbindungsnut 21 mit dem Ringspalt 11 fluidisch verbunden. Durch eine Kugeldichtung 22 ist die Befüllungsbohrung 20 gegenüber der Außenwelt druckdicht abgeschlossen.As in particular from Fig. 4 As can be seen, the pressure generating unit 14 comprises a cylinder bore 15, in which a pressure piston 16 is arranged. The pressure piston 16 is either directly in the cylinder bore 16 or - as in Fig. 4 shown - made adjustable in a sleeve 17 inserted into the cylinder bore 15. The pressure piston 16 is to be actuated by means of a clamping screw 18. The inner end of the pressure piston 16 carries a seal 19 made of an elastic material, in particular a rubber elastomer. The pressure generating device 14 further comprises a filling bore 20 which extends from the inner end of the cylinder bore 15 angled so that it approximately tangent to the annular gap 11. The filling bore 20 is thus both with the cylinder bore 15 and fluidly connected via a connecting groove 21 with the annular gap 11. By a ball seal 22, the filling bore 20 is sealed against the outside pressure-tight.

Vor Inbetriebnahme des Dehnspannfutters 1 wird zunächst das gemeinsame Volumen des Druckzylinders 15, der Befüllungsbohrung 20 und des Ringspalts 11 über die geöffnete Befüllungsbohrung 20 vollständig mit dem flüssigen Druckmedium F befüllt. Zur Vermeidung von Luftblasen im Drucksystem geschieht dies unter Vakuum. Nach Befüllung wird die Befüllungsbohrung durch die Kugeldichtung 22 druckdicht abgeschlossen. Zum Einspannen eines in die Aufnahme 6 eingelegten Werkzeuges kann nun mittels eines Schraubendrehers die Spannschraube 18, und damit der Druckkolben 16 in der Zylinderbohrung 15 verstellt und so das mit dem Druckmedium F gefüllte Volumen der Zylinderbohrung 15 verkleinert werden. Hierdurch kann auf das Druckmedium F ein hydrostatischer Druck von typischerweise bis zu 1000 bar appliziert werden. Dieser Druck wird über den Ringspalt 11 als Druckleitsystem 13 bis in den Bereich der Druckkammer 12 übertragen. Hier bewirkt der hydrostatische Druck eine radial nach innen auf die Spannfutterachse 2 gerichtete Verformung der dünnwandigen Dehnbuchse 10, durch welche das eingelegte Werkzeug in der Aufnahme 6 eingespannt wird. Aufgrund der demgegenüber vergleichsweise großen Wandstärke der die Druckkammer 12 außenseitig begrenzenden Spannhülse 9 tritt dagegen am Außenumfang des Dehnspannfutters 1 keine signifikante Verformung durch die Druckwirkung auf.Before the expansion chuck 1 is put into operation, firstly the common volume of the pressure cylinder 15, the filling bore 20 and the annular gap 11 is completely filled with the liquid pressure medium F via the opened filling bore 20. To avoid air bubbles in the printing system, this is done under vacuum. After filling the filling hole is closed by the ball seal 22 pressure-tight. For clamping a loaded in the receptacle 6 tool can now by means of a screwdriver, the clamping screw 18, and thus the pressure piston 16 adjusted in the cylinder bore 15 and so filled with the pressure medium F volume of the cylinder bore 15 can be reduced. As a result, a hydrostatic pressure of typically up to 1000 bar can be applied to the pressure medium F. This pressure is transmitted via the annular gap 11 as a pressure control system 13 into the region of the pressure chamber 12. Here, the hydrostatic pressure causes a radially inwardly directed to the chuck axis 2 deformation of the thin-walled expansion sleeve 10, through which the inserted tool is clamped in the receptacle 6. Due to the comparatively large wall thickness of the pressure chamber 12 on the outside limiting clamping sleeve 9, however, occurs on the outer circumference of the expansion chuck 1 no significant deformation by the pressure effect.

Zum Entfernen des Werkzeugs aus dem Dehnspannfutter 1 wird der Druckkolben 16 wieder um einige Umdrehungen der Spannschraube 18 zurückgestellt, wodurch das Druckmedium F entlastet wird. Die elastisch verformte Dehnbuchse 10 nimmt dabei wieder ihre ursprüngliche Form an, so dass das Werkzeug entnommen werden kann.To remove the tool from the expansion chuck 1, the pressure piston 16 is reset again by a few turns of the clamping screw 18, whereby the pressure medium F is relieved. The elastically deformed expansion sleeve 10 assumes its original shape, so that the tool can be removed.

Das Dehnspannfutter 1 umfasst des Weiteren eine Axialjustierungseinheit 23 für das Werkzeug, die in der gegenüber Fig. 3 gedrehten Längsschnittdarstellung gemäß Fig. 5 besonders gut zu erkennen ist. Die Axialjustierung 23 umfasst einen etwa hohlzylindrischen Stellzapfen 24, der in einer zentralen Bohrung 25 des Grundkörpers 8 gleitend geführt ist. Das werkzeugseitige Ende 26 des Stellzapfens 24 ragt dabei in die Aufnahme 6 hinein und bildet somit einen axialen Anschlag für das in die Aufnahme 6 einzusetzende Werkzeug. Um den Stellzapfen 24, und damit den Anschlag für das Werkzeug, in axialer Richtung verstellen zu können, ist der Stellzapfen 24 nahe seines maschinenseitigen Endes 27 mit einer axial-linearen Zahnung 28 versehen. Diese Zahnung 28 kämmt mit einem Spiralgewinde 29, das endseitig an einer im Wesentlichen radial bezüglich der Spannfutterachse 2 im Grundkörper 8 geführten Stellschraube 30 angebracht ist. Ein Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, dass die radiale Stellschraube 30 auch dann zugänglich ist, wenn ein Werkzeug in die Aufnahme 6 eingelegt ist.The expansion chuck 1 further comprises an axial adjustment unit 23 for the tool, which in the opposite Fig. 3 rotated longitudinal section according to Fig. 5 is particularly easy to recognize. The axial adjustment 23 comprises an approximately hollow-cylindrical setting pin 24 which is slidably guided in a central bore 25 of the base body 8. The tool-side end 26 of the adjusting pin 24 protrudes into the receptacle 6 and thus forms an axial stop for the 6 to be inserted into the receptacle Tool. To the adjusting pin 24, and thus the stop for the tool to be able to adjust in the axial direction, the adjusting pin 24 is provided near its machine-side end 27 with an axially-linear toothing 28. This toothing 28 meshes with a spiral thread 29, which is attached at the end to a set screw 30 guided essentially radially with respect to the chuck axis 2 in the base body 8. An advantage of this construction is that the radial adjusting screw 30 is accessible even when a tool is inserted into the receptacle 6.

Bei einer in Fig. 6 gezeigten, konstruktiv vereinfachten Variante der Axialjustierungseinheit 23 ist der Stellzapfen 24 mit einem Außengewinde 31 versehen, das mit einem Innengewinde 32 der Bohrung 25 korrespondiert. Bei dieser Ausführungsform ist der Stellzapfen 24 mittels eines in die Aufnahme 6 eingeführten Schraubendrehers verstellbar.At an in Fig. 6 shown, structurally simplified variant of the Axialjustierungseinheit 23 of the adjusting pin 24 is provided with an external thread 31 which corresponds to an internal thread 32 of the bore 25. In this embodiment, the adjusting pin 24 is adjustable by means of a screwdriver inserted into the receptacle 6.

Entlang der Spannfutterachse 2 ist bei beiden beschriebenen Ausführungsformen des Dehnspannfutters 1 durch die Bohrung 25 und eine fluchtende Bohrung 33 des Stellzapfens 24 eine Durchführung 34 gebildet, die insbesondere als Kühlmittelkanal nutzbar ist, durch welchen von der Werkzeugmaschine während des Betriebs Kühlmittel in den Bereich der Aufnahme 6 und damit in den Bereich des Werkzeugs geleitet werden kann.Along the chuck axis 2 in both described embodiments of the expansion chuck 1 through the bore 25 and an aligned bore 33 of the adjusting pin 24, a passage 34 is formed, which is particularly useful as a coolant channel, through which of the machine tool during operation coolant in the region of the recording 6 and thus can be directed to the area of the tool.

Am Umfang des Grundkörpers 8 ist weiterhin eine Wuchtfläche 35, d.h. eine die Axialsymmetrie des Grundkörpers 8 gezielt berechnende flächige Abfräsung vorgesehen, mit welcher eine durch die unsymmetrische Druckerzeugungseinheit 14 erzeugte Unwucht präzise kompensiert wird. Auf diese Weise wird im Betrieb des Dehnspannfutters 1 auch bei vergleichsweise hohen Umdrehungszahlen ein hochgenauer runder Lauf erzielt, was insbesondere angesichts der langen, schmalen Bauweise von besonderer Wichtigkeit ist. Anstelle der eingefrästen Wuchtfläche 35 kann auch eine mit dem Grundkörper 8 verschraubte Wuchtschraube, eine oder mehrere Wuchtscheiben oder sonstige Ausfräsungen oder Bohrungen vorgesehen sein.On the circumference of the main body 8 is also a balancing surface 35, that is provided a the axial symmetry of the base body 8 specifically calculating surface milling, with which an unbalance generated by the unbalanced pressure generating unit 14 is precisely compensated. In this way, a highly accurate round run is achieved in the operation of the expansion chuck 1 even at relatively high rotational speeds, which is particularly important in view of the long, narrow design of particular importance. Instead of the milled balancing surface 35 may also be provided with a bolted to the base 8 balancing screw, one or more balancing disks or other cutouts or holes.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: (Hydraulik-)Dehnspannfutter(Hydraulic) expansion chuck
22: SpannfutterachseChuck axis
33: (werkzeugseitiges) Ende(tool side) end
44: (maschinenseitiges) Ende(machine side) end
55: Halsbereichneck
66: Aufnahmeadmission
77: Befestigungskonusmounting cone
88th: Grundkörperbody
99: Spannhülseclamping sleeve
1010: Dehnbuchseexpansion sleeve
1111: Ringspaltannular gap
1212: Druckkammerpressure chamber
1313: Druckleitsystempressure control system
1414: DruckerzeugungseinheitPressure generating unit
1515: Zylinderbohrungbore
1616: Druckkolbenpressure piston
1717: BuchseRifle
1818: Spannschraubeclamping screw
1919: Dichtungpoetry
2020: Befüllungsbohrungfilling hole
2121: Verbindungsnutcommunicating
2222: Kugeldichtungball seat
2323: AxialjustierungseinheitAxialjustierungseinheit
2424: Stellzapfenadjusting pin
2525: Bohrungdrilling
2626: (werkzeugseitiges) Ende(tool side) end
2727: (maschinenseitiges) Ende(machine side) end
2828: ZahnungPerforation
2929: Spiralgewindespiral thread
3030: Stellschraubescrew
3131: Außengewindeexternal thread
3232: Innengewindeinner thread
3333: Bohrungdrilling
3434: Durchführungexecution
3535: Wuchtflächebalance land

LL: Längelength
DD: Außendurchmesserouter diameter
dd: InnendurchmesserInner diameter
RR: Radialausdehnungradial expansion
FF: Druckmediumprint media
AA: Detaildarstellungdetail view

Claims

Hydraulic expanding chuck (1) comprising an expanding bush (10) which is arranged on its tool-side end (3), is surrounded by a pressure chamber (12) and can be radially deformed under the effect of a pressure medium (F), accommodated in the pressure chamber (12), for chucking a tool, comprising a pressure-generating unit (14) spaced apart from the expanding bush (10) axially with respect to a chuck axis (2), and comprising a pressure-directing system (13) for transmitting pressure from the pressure-generating unit (14) to the pressure chamber (12), characterized in that the pressure-directing system (13) is formed by an annular gap (11) concentric to the chuck axis (2).
Expanding chuck (1) according to Claim 1, characterized by a basic body (8) that is central with respect to the chuck axis (2) and carries the expanding bush (10) and by a chucking sleeve (9) concentrically surrounding said basic body (8), wherein the pressure chamber (12) and the pressure-directing system (13) are formed between the basic body (8) and the chucking sleeve (9) .
Expanding chuck (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the basic body (8) and the chucking sleeve (9) are rigidly connected to one another in a pressure-tight manner.
Expanding chuck (1) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the pressure-generating unit (14) is arranged in the chucking sleeve (9).
Expanding chuck (1) according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the pressure-generating unit (14) comprises a cylinder bore (15) having a pressure piston (16) adjustable therein and also a filling bore (20) which connects the cylinder bore (15) to the pressure-directing system (13).
Expanding chuck (1) according to Claim 5, characterized in that the pressure piston (16) can be adjusted by means of a tightening screw (18).
Expanding chuck (1) according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the chucking sleeve (9) has on the tool side an elongated, thin neck region (5), the axial length (L) of which is at least four times its outside diameter (D).
Expanding chuck (1) according to Claim 7, characterized in that the axial length of the neck region (L) is at least 100 mm.
Expanding chuck (1) according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the radial extent (R) of the annular gap (11) is at most 0.2 mm.
Expanding chuck (1) according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the basic body (8) has a central passage (34).
Expanding chuck (1) according to one of Claims 1 to 10, characterized by an axial adjusting unit (23) for the tool.
Expanding chuck (1) according to Claim 11, characterized in that the axial adjusting unit (23) comprises an adjusting pin (24) which can be axially adjusted relative to the basic body (8) and which forms an axial stop for the tool.
Expanding chuck (1) according to Claim 12, characterized in that the adjusting pin (24) is guided in a central bore (25) of the basic body (8).
Expanding chuck (1) according to Claim 13, characterized in that the adjusting pin (24) is provided with an external thread (31) which interacts with an internal thread (32) of the bore (25) for the axial adjustment of the adjusting pin (24).
Expanding chuck (1) according to Claim 13, characterized in that the adjusting pin (24) has an axial-linear tooth system (28) which interacts with a spiral thread (29) of an adjusting screw (30) for the axial adjustment of the adjusting pin (24), said adjusting screw (30) being guided in the basic body (8) substantially radially relative to the chuck axis (2).
Expanding chuck (1) according to one of Claims 1 to 15, characterized by a balancing surface (35) milled into a circumferential region for compensating for unbalance caused by the pressure-generating unit (14).